JP2010188695A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】同時に吐出するノズル数やノズル群におけるノズルの位置による液体の飛翔速度や重量などの吐出特性のばらつきを低減することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供する。
【解決手段】ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧力発生素子を第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が閾値を超えた場合、端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を第2吐出駆動パルスを用いて駆動する。
【選択図】図7
【解決手段】ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧力発生素子を第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が閾値を超えた場合、端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を第2吐出駆動パルスを用いて駆動する。
【選択図】図7
Description
本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置及びその制御方法に関するものであり、特に、駆動信号に含まれる吐出駆動パルスを圧力発生素子に印加することにより液体の吐出を制御可能な液体吐出装置及びその制御方法に関するものである。
液体吐出装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドという)を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体(着弾対象物)に対して吐出・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター(以下、単にプリンターという。)等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造装置等、各種の製造装置にも液体吐出装置が応用されている。
上記記録ヘッドは、リザーバー(共通液体室)から圧力発生室を通ってノズルに至るまでの一連のインク流路を備え、圧力発生素子の一種である圧電振動子を作動させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用して圧力発生室内のインクをノズルからインク滴として吐出するように構成されている。そして、この記録ヘッドには、圧電振動子群を固定板に接合したアクチュエーターユニット(振動子ユニット)と、このアクチュエーターユニットを個別に収納可能な収容室をアクチュエーターユニット毎に形成した樹脂製のケースと、上記インク流路を形成する流路ユニットとを備えた構成を採るものがある。
上記の流路ユニットは、例えば、複数のノズルを列設して成るノズル列(ノズル群の一種)を形成したノズルプレートと、圧力発生室等のインク流路となる流路基部を形成した流路形成基板と、この流路形成基板の流路基部の開口を封止する封止板(振動板)とを備え、これらの各部材を積層状態で一体化することにより作製されている。封止板は、例えば、ステンレス鋼製の支持板に樹脂製フィルムをラミネートし、支持板を部分的に除去した複合板材により構成される。この封止板における圧力発生室に対応する部分には、圧力発生室の容積を変化させるダイヤフラム部が設けられている。このダイヤフラム部は、圧電振動子の先端面が接合される部分を島部として残した状態で、この島部の周囲の支持板をエッチング等によって環状に除去して樹脂フィルムのみとすることで作製されている。
一般的に、アクチュエーターユニットは1つのノズル列を構成するノズルの数(例えば、180個)に対応する数だけ圧電振動子を有している。つまり、1つのノズル列に対して1つのアクチュエーターユニットが対応している。アクチュエーターユニットの圧電振動子の自由端部は、ケースの収容室の流路ユニット側開口を通じてケースの外部に露出しており、その先端面が封止板のダイヤフラム部を構成する島部に接合される。そして、この圧電振動子の伸縮によって封止板のダイヤフラム部を変形させることで圧力発生室の容積を増減することができる。また、このアクチュエーターユニットの固定板は、ステンレス鋼等の板材によって作製されており、ケースの収容室の内壁面に接着によって接合されている(特許文献1参照)。
このような構造の記録ヘッドでは、アクチュエーターユニットの各圧電振動子を駆動してノズルからインクを吐出する際に、1つのノズル列を構成するノズルのうちの1つのノズルのみからインクを吐出する場合とノズル列の全てのノズルからインクを同時に吐出する場合とでは、封止板のダイヤフラム部の変位によって樹脂フィルムが変形したときにアクチュエーターユニットに伝わる応力の大きさが異なる。つまり、1つの圧電振動子を駆動する場合の応力と比べて、アクチュエーターユニットの全ての圧電振動子を駆動する場合、応力が大きくなる。そして、このアクチュエーターユニットを含む記録ヘッドの構造上、ノズル列の両端部よりも中央部の強度が弱いため、記録ヘッド中央部のコンプライアンスが両端部に比べて大きくなってしまう。したがって、ノズル列の全てのノズル或いは半数以上のノズルから同時にインクを吐出する場合には、ノズル列の両端部に位置するノズルにおける吐出特性とノズル列中央部に位置するノズルにおける吐出特性とが異なる問題があった。具体的には、ノズル列の両端部に位置するノズルから吐出されるインクの重量や飛翔速度に比べて、ノズル列中央部のノズルから吐出されるインクの重量や飛翔速度が低下する。また、特許文献2の図23に示されているように、ノズル列の両端部に対応する位置ノズルからのインクの吐出量が多く、ノズル列中央部のノズルからのインク吐出量がその次に多く、ノズル列端部とノズル列中央部との間に位置するノズルからのインク吐出量が少ない吐出特性を示す記録ヘッドもある。
このように同一ノズル列内の各ノズル間で吐出特性の相違がある場合に、各ノズル間の吐出特性を揃えるための構成が種々提案されている。例えば、特許文献3には、圧力室の圧力変動特性を調整する補正用素子を、各圧力発生素子に対して電気的に接続し、この補正用素子によって、圧力発生素子を駆動する駆動信号の駆動電圧を最適な状態に調整して各ノズルの吐出量を揃える方法が開示されている。
しかしながら、上記の構成では、吐出されるインクの重量をノズル間で揃えることができるが、インクの飛翔速度までは調整することができない問題がある。また、ノズル列において、同時に吐出を行うノズルの数に応じた吐出特性の変動に対応することが難しいという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、同時に吐出するノズル数やノズル群におけるノズルの位置による液体の飛翔速度や重量などの吐出特性のばらつきを低減することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を吐出するノズルを複数列設して成るノズル群及びノズルに連通する圧力発生室を含む一連の液体流路を有する流路ユニット、前記圧力発生室の容積を変動させる圧力発生素子を各圧力発生室に対応して複数有するアクチュエーターユニット、及び、前記流路ユニットと前記アクチュエーターユニットが固定されるケースを有する液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させるための吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記吐出駆動パルスの前記圧力発生素子への印加を制御して液体吐出ヘッドの液体吐出動作を制御する吐出制御手段と、
を備えた液体吐出装置であって、
前記ノズル群は、ノズル群の一端から所定数までを一端部ノズル群、他端から所定数までを他端部ノズル群、一端部ノズル群と他端部ノズル群との間のノズル群を中間ノズル群として区分され、
前記駆動信号発生手段は、第1吐出駆動パルスを含む第1駆動信号と、前記第1吐出駆動パルスとは異なる第2吐出駆動パルスを含む第2駆動信号とを発生し、
前記第1吐出駆動パルス及び前記第2吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させる膨張要素と、膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張された圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、を少なくとも有し、
前記第1吐出駆動パルスは、ノズル単体で液体を吐出させるときに当該ノズルに対応する圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tca、設計上基準とする固有周期である基準TcD、及び、当該基準TcDに基づいて設定された膨張維持要素の基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(A)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tca×Pwh1D …(A)
前記第2吐出駆動パルスは、ノズル群を構成する全てのノズルから同時に液体を吐出させるときに中央部ノズル群の圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tcb、前記基準TcD、及び、前記基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(B)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tcb×Pwh1D …(B)
前記吐出制御手段は、前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が前記閾値を超えた場合、前記端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、前記中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第2吐出駆動パルスを用いて駆動することを特徴とする。
前記圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させるための吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記吐出駆動パルスの前記圧力発生素子への印加を制御して液体吐出ヘッドの液体吐出動作を制御する吐出制御手段と、
を備えた液体吐出装置であって、
前記ノズル群は、ノズル群の一端から所定数までを一端部ノズル群、他端から所定数までを他端部ノズル群、一端部ノズル群と他端部ノズル群との間のノズル群を中間ノズル群として区分され、
前記駆動信号発生手段は、第1吐出駆動パルスを含む第1駆動信号と、前記第1吐出駆動パルスとは異なる第2吐出駆動パルスを含む第2駆動信号とを発生し、
前記第1吐出駆動パルス及び前記第2吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させる膨張要素と、膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張された圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、を少なくとも有し、
前記第1吐出駆動パルスは、ノズル単体で液体を吐出させるときに当該ノズルに対応する圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tca、設計上基準とする固有周期である基準TcD、及び、当該基準TcDに基づいて設定された膨張維持要素の基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(A)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tca×Pwh1D …(A)
前記第2吐出駆動パルスは、ノズル群を構成する全てのノズルから同時に液体を吐出させるときに中央部ノズル群の圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tcb、前記基準TcD、及び、前記基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(B)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tcb×Pwh1D …(B)
前記吐出制御手段は、前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が前記閾値を超えた場合、前記端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、前記中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第2吐出駆動パルスを用いて駆動することを特徴とする。
本発明によれば、ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧力発生素子を第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が閾値を超えた場合、端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を第2吐出駆動パルスを用いて駆動するので、同時に吐出するノズル数やノズル群におけるノズル列におけるノズルの位置によらず、ノズル群の全てのノズルの吐出特性を目標値に近づけることができ、吐出特性のばらつきを低減することができる。
上記構成において、前記第2吐出駆動パルスの最低電位から最高電位までの電位差は、前記固有周期Tcaの振動における前記収縮要素が圧力発生素子に印加される時点の振幅に対する、前記固有周期Tcbにおける前記収縮要素が圧力発生素子に印加される時点の振幅の割合に応じて、前記第1吐出駆動パルスの最低電位から最高電位までの電位差に対して補正される構成を採用することが望ましい。
また、本発明は、液体を吐出するノズルを複数列設して成るノズル群及びノズルに連通する圧力発生室を含む一連の液体流路を有する流路ユニット、前記圧力発生室の容積を変動させる圧力発生素子を各圧力発生室に対応して複数有するアクチュエーターユニット、及び、前記流路ユニットと前記アクチュエーターユニットが固定されるケースを有する液体吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させるための吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記吐出駆動パルスの前記圧力発生素子への印加を制御して液体吐出ヘッドの液体吐出動作を制御する吐出制御手段と、を備えた液体吐出装置の制御方法であって、
前記ノズル群は、ノズル群の一端から所定数までを一端部ノズル群、他端から所定数までを他端部ノズル群、一端部ノズル群と他端部ノズル群との間のノズル群を中間ノズル群として区分され、
第1駆動信号には、第1吐出駆動パルスを含ませる一方、第2駆動信号には、前記第1吐出駆動パルスとは異なる第2吐出駆動パルスを含ませ、
前記第1吐出駆動パルス及び前記第2吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させる膨張要素と、膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張された圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、を少なくとも有し、
前記第1吐出駆動パルスは、ノズル単体で液体を吐出させるときに当該ノズルに対応する圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tca、設計上基準とする固有周期である基準TcD、及び、当該基準TcDに基づいて設定された膨張維持要素の基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(A)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tca×Pwh1D …(A)
前記第2吐出駆動パルスは、ノズル群を構成する全てのノズルから同時に液体を吐出させるときに中央部ノズル群の圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tcb、前記基準TcD、及び、前記基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(B)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tcb×Pwh1D …(B)
前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が前記閾値を超えた場合、前記端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、前記中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第2吐出駆動パルスを用いて駆動することを特徴とする。
前記ノズル群は、ノズル群の一端から所定数までを一端部ノズル群、他端から所定数までを他端部ノズル群、一端部ノズル群と他端部ノズル群との間のノズル群を中間ノズル群として区分され、
第1駆動信号には、第1吐出駆動パルスを含ませる一方、第2駆動信号には、前記第1吐出駆動パルスとは異なる第2吐出駆動パルスを含ませ、
前記第1吐出駆動パルス及び前記第2吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させる膨張要素と、膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張された圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、を少なくとも有し、
前記第1吐出駆動パルスは、ノズル単体で液体を吐出させるときに当該ノズルに対応する圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tca、設計上基準とする固有周期である基準TcD、及び、当該基準TcDに基づいて設定された膨張維持要素の基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(A)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tca×Pwh1D …(A)
前記第2吐出駆動パルスは、ノズル群を構成する全てのノズルから同時に液体を吐出させるときに中央部ノズル群の圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tcb、前記基準TcD、及び、前記基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(B)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tcb×Pwh1D …(B)
前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が前記閾値を超えた場合、前記端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、前記中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第2吐出駆動パルスを用いて駆動することを特徴とする。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体吐出装置として、インクジェット式記録装置(以下、プリンター)を例に挙げて説明する。
図1は、プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。例示したプリンターは、プリンターコントローラー1とプリントエンジン2とから構成されている。プリンターコントローラー1は、図示しないホストコンピューター等の外部装置との間でデータの送受信を行う外部インターフェース(外部I/F)3と、各種データの記憶等を行うRAM4と、各種データ処理のための制御プログラム等を記憶したROM5と、CPU等からなる制御部6と、クロック信号を発生する発振回路7と、記録ヘッド8へ供給する駆動信号COMを発生する駆動信号発生回路9と、画素データSI及び駆動信号等をプリントエンジン2に送信するための内部インターフェース10(内部I/F10)とを備えている。
外部I/F3は、例えばイメージデータ等の印刷データをホストコンピューター等から受信する。また、外部I/F3からは、外部装置に対してビジー信号やアクノレッジ信号等の状態信号が出力される。RAM4は、受信バッファー、中間バッファー、出力バッファー及びワークメモリー等として利用されるものである。また、ROM5は、制御部6によって実行される各種制御プログラム、フォントデータ及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。印刷データには、印刷する画像データの他に各種のコマンドデータを含む。コマンドデータとは、プリンターに特定の動作の実行を指示するためのデータである。このコマンドデータには、例えば、給紙を指示するコマンドデータ、搬送量を示すコマンドデータ、排紙を指示するコマンドデータがある。
制御部6は、記録ヘッド8の動作を制御するためのヘッド制御信号を記録ヘッド8に出力したり、駆動信号COMを生成させるための制御信号を駆動信号発生回路9に出力したりする。ヘッド制御信号は、例えば、転送クロックCLK、画素データSI、ラッチ信号LAT、チェンジ信号CHである。これらのラッチ信号やチェンジ信号は、駆動信号COMを構成する各駆動パルスの供給タイミングを規定する。また、駆動信号COMを生成させるための制御信号は、例えばDAC(Digital to Analog Converter)値である。このDAC値は、駆動信号発生回路9から出力させる電圧を指示するための情報であり、極めて短い更新周期毎に更新される。
また、制御部6は、上記印刷データに基づき、RGB表色系からCMY表色系への色変換処理、多階調のデータを所定階調まで減少させるハーフトーン処理、ハーフトーニングされたデータを、インク種類毎(ノズル列毎)に所定の配列で並べてドットパターンデータに展開するドットパターン展開処理等を経て、記録ヘッド8の吐出制御に用いる画素データ(ドットパターンデータ)SIを生成する。この画素データSIは、印刷される画像の画素に関するデータであり、吐出制御情報の一種である。ここで、画素とは、着弾対象物である記録紙等の記録媒体上に仮想的に定められたドット形成領域を示す。そして、印刷データにおける画素データSIは、用紙上に形成されるドットの有無(又はインクの吐出の有無)及びドットの大きさ(又は吐出されるインクの量)に関するデータ(階調値)から成る。本実施形態において、画素データSIは2ビットの階調値によって構成されている。すなわち、この画素データSIには、ドット無し(微振動)に対応するデータ[00]と、小ドットに対応するデータ[01]と、中ドットの形成に対応するデータ[10]と、大ドットに対応するデータ[11]とがある。従って、本実施形態におけるこのプリンターでは4階調でドットの形成ができる。
駆動信号発生回路9は、第1駆動信号COM1を発生可能な第1駆動信号発生部9Aと、第2駆動信号COM2を発生可能な第2駆動信号発生部9Bとを備えている。そして、図2に示すように、本実施形態における駆動信号COM1は、1つの微振動パルス、及び4つの吐出駆動パルスを規定発生周期(記録周期)T内に有する一連の信号であり、この記録周期Tで繰り返し発生される。本実施形態において、一記録周期Tは、5つの期間(パルス発生期間)t1〜t5に区分されている。そして、期間t1で吐出駆動パルスP11が発生し、期間t2で吐出駆動パルスP12が発生し、期間t3で微振動パルスVPが発生し、期間t4で吐出駆動パルスP13が発生し、期間t5で吐出駆動パルスP14が発生する。
一方、第2駆動信号COM2は、第2駆動信号COM1と同様に、1つの微振動パルス、及び4つの吐出駆動パルスを記録周期T内に有する一連の信号であり、この記録周期Tで繰り返し発生される。そして、期間t1で吐出駆動パルスP21が発生し、期間t2で吐出駆動パルスP22が発生し、期間t3で微振動パルスVPが発生し、期間t4で吐出駆動パルスP23が発生し、期間t5で吐出駆動パルスP24が発生する。これらの駆動信号COM1,COM2については、後で詳しく説明する。
次に、プリントエンジン2について説明する。このプリントエンジン2は、図1に示すように、記録ヘッド8、キャリッジ移動機構48、紙送り機構49、及び、リニアーエンコーダー50等を備えている。キャリッジ移動機構48は、液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド8が取り付けられたキャリッジと、このキャリッジを、タイミングベルト等を介して走行させる駆動モーター(例えば、DCモーター)等からなり(何れも図示せず)、キャリッジに搭載された記録ヘッド8を主走査方向に移動させる。紙送り機構49は、紙送りモーター及び紙送りローラー等からなり、記録紙(記録媒体の一種。また、着弾対象物の一種)をプラテン上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアーエンコーダー50は、キャリッジに搭載された記録ヘッド8の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として内部I/F10を通じて制御部6に出力する。制御部6は、リニアーエンコーダー50側から受信したエンコーダーパルスに基づいて記録ヘッド8の走査位置(現在位置)を把握することができる。
図3は上記の記録ヘッド8を斜め下方(ノズル面側)から見た斜視図、図4は記録ヘッド8を斜め上方から見た斜視図、図5は記録ヘッド8の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド8は、圧電振動子群12、固定板13、及び、フレキシブルケーブル14等をユニット化した振動子ユニット15(アクチュエーターユニット)と、この振動子ユニット15を収納可能なケース16と、リザーバー(共通液体室)から圧力発生室を通りノズルに至る一連のインク流路(液体流路)が形成された流路ユニット17とを備えて構成される。
まず、振動子ユニット15について説明する。圧電振動子群12を構成する圧電振動子20(本発明における圧力発生素子の一種)は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されており、数十μm程度の極めて細い幅に切り分けられている。そして、この圧電振動子20縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電振動子として構成されている。各圧電振動子20は、固定端部を固定板13上に接合することにより、自由端部を固定板13の先端縁よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態となっている。そして、各圧電振動子20における自由端部の先端は、後述するように、それぞれ流路ユニット17におけるダイヤフラム部32を構成する島部34に接合される。フレキシブルケーブル14は、固定板13とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子20と電気的に接続されている。また、各圧電振動子20を支持する固定板13は、金属製の板材によって構成される。本実施形態では、厚さが1mm程度のステンレス鋼板によって作製されている。なお、振動子ユニット15はノズル列(本発明におけるノズル群の一種)毎に対応して設けられており、本実施形態においては、2列のノズル列に対応して合計2つの振動子ユニットが設けられている。
次に、流路ユニット17について説明する。図5に示すように、流路ユニット17は、ノズルプレート22、流路形成基板23、及び振動板24から構成され、ノズルプレート22を流路形成基板23の一方の表面に、振動板24をノズルプレート22とは反対側となる流路形成基板23の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。
ノズルプレート22は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル25を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、例えば、180個のノズル25を列状に開設し、これらのノズル25によってノズル列を構成している。そして、このノズル列を横並びに2列設けている。
流路形成基板23は、リザーバー26、インク供給口27、及び圧力発生室28からなる一連のインク流路(液体流路の一種)が形成された板状部材である。具体的には、この流路形成基板23は、各ノズル25に対応させて圧力発生室28となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口27およびリザーバー26となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路形成基板23は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。上記の圧力発生室28は、ノズル25の列設方向(ノズル列方向)に対して直交する方向に細長い室として形成され、インク供給口27は、圧力発生室28とリザーバー26との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー26は、インクカートリッジ(図示せず)に貯留されたインクを各圧力発生室28に供給するための室であり、インク供給口27を通じて対応する各圧力発生室28に連通している。
振動板24は、ステンレス鋼等の金属製の支持板30上にPPS(ポリフェニレンサルファイド)等の樹脂フィルム31をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、圧力発生室28の一方の開口面を封止してこの圧力発生室28の容積を変動させるためのダイヤフラム部32を有すると共に、リザーバー26の一方の開口面を封止するコンプライアンス部33が形成された部材である。そして、ダイヤフラム部32は、圧力発生室28に対応した部分の支持板30にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電振動子20の自由端部の先端を接合するための島部34を形成することで構成されている。この島部34は、圧力発生室28の平面形状と同様に、ノズル25の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部34の周りの樹脂フィルム31が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部33として機能する部分、すなわちリザーバー26に対応する部分は、このリザーバー26の開口形状に倣って支持板30がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム31のみとなっている。
なお、ダイヤフラム部32に関し、本実施形態では、島部34を設けてこの島部34に圧電振動子20の自由端部を接合する構成であるが、樹脂フィルム31の表面に自由端部を直接接着するようにしてもよい。この場合には、樹脂フィルム31における自由端部との接着部分が本発明のダイヤフラム部となる。
本実施形態におけるケース16は、樹脂製の中空のブロック状部材である。このケース16を構成する樹脂としては、成型性が良く高い寸法精度が得られ、必要な剛性も得られるという観点からエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好適に用いられる。このケース16の内部には、振動子ユニット15を収容可能な収容室36が形成されている。この収容室36は、流路ユニット17側となるケース16の流路固定面から、この流路固定面とは反対側の上面に亘って一連に形成されている。つまり、収容室36は、流路固定面側開口から上面側開口に亘ってケース16の高さ方向を貫通する貫通開口部として形成されている。そして、この収容室36は、振動子ユニット15毎に設けられる。本実施形態における記録ヘッド8は、2列のノズル列を有し、各ノズル列に1つの振動子ユニット15が設けられているので、各振動子ユニット15を個別に収容するための収容室36が2つ横並びに設けられている。
上記構成のケース16の流路固定面には、流路ユニット17が接合される。具体的には、第1収容空部38の流路固定面側開口内に振動板24のダイヤフラム部32を臨ませた状態で、振動板24を流路固定面16aに接着等によって接合することで、流路ユニット17がケース16に固定される。また、振動子ユニット15は、圧電振動子20の自由端部を先頭にした姿勢で収容室36の上面側開口から挿入され、自由端部の先端を対応する島部34の表面に当接させた状態で収容室36内に収容される。そして、図6に示すように、圧電振動子20の自由端部の先端が島部34に接合されると共に、固定板13が上記の接着面に接着されることで、収容室36内に固定される。
次に、この記録ヘッド8の電気的構成について説明する。この記録ヘッド8は、図1に示すように、第1シフトレジスター38及び第2シフトレジスター39からなるシフトレジスター(SR)回路と、第1ラッチ回路40及び第2ラッチ回路41からなるラッチ回路と、デコーダー43と、制御ロジック42と、第1レベルシフター44及び第2レベルシフター45からなるレベルシフター(LS)回路と、第1スイッチ46及び第2スイッチ47からなるスイッチ回路と、圧電振動子20とを備えている。そして、各シフトレジスター38,39、各ラッチ回路40,41、レベルシフター44,45、スイッチ46,47、及び、圧電振動子20は、それぞれノズル25毎に対応した数だけ設けられる。なお、図1では、1ノズル分の構成のみを図示し、他のノズル分の構成の図示は省略している。
この記録ヘッド8は、プリンターコントローラー1から送られてくる画素データSIに基づいてインクの吐出制御を行う。本実施形態では、2ビットで構成された画素データSIの上位ビット群、画素データSIの下位ビット群の順に記録ヘッド8へクロック信号CLKに同期して送られてくるので、まず、画素データSIの上位ビット群が第2シフトレジスター39にセットされる。全てのノズル25について画素データSIの上位ビット群が第2シフトレジスター39にセットされると、次にこの上位ビット群が第1シフトレジスター38にシフトする。これと同時に、画素データSIの下位ビット群が第2シフトレジスター39にセットされる。
第1シフトレジスター38の後段には、第1ラッチ回路40が接続され、第2シフトレジスター39の後段には、第2ラッチ回路41が接続されている。そして、プリンターコントローラー1側からのラッチパルスが各ラッチ回路40,41に入力されると、第1ラッチ回路40は画素データSIの上位ビット群をラッチし、第2ラッチ回路41は画素データSIの下位ビット群をラッチする。各ラッチ回路40,41でラッチされた画素データSI(上位ビット群,下位ビット群)はそれぞれ、デコーダー43へ出力される。このデコーダー43は、画素データSIの上位ビット群及び下位ビット群に基づいて、駆動信号COM1,COM2を構成する各パルスを選択するためのパルス選択データを生成する。このパルス選択データは、駆動信号COM1,COM2毎に生成される。例えば、図2の第1駆動信号COM1の場合、吐出駆動パルスP11(期間t1)、吐出駆動パルスP12(期間t2)、微振動パルスVP(期間t3)、吐出駆動パルスP13(期間t4)、吐出駆動パルスP14(期間t5)に対応する合計5ビットのデータによってパルス選択データが構成される。同様に、第2駆動信号COM2の場合、吐出駆動パルスP21(期間t1)、吐出駆動パルスP22(期間t2)、微振動パルスVP(期間t3)、吐出駆動パルスP23(期間t4)、吐出駆動パルスP24(期間t5)に対応する合計5ビットのデータによって構成されている。
上記デコーダー43には、制御ロジック42からのタイミング信号も入力されている。この制御ロジック42は、ラッチ信号やチャンネル信号の入力に同期してタイミング信号を発生する。デコーダー43によって生成された各パルス選択データは、タイミング信号によって規定されるタイミングで上位ビット側から順次レベルシフター44,45に入力される。このレベルシフター44,45は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データが[1]の場合には、スイッチ46,47を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。
第1スイッチ46の入力側には第1駆動信号COM1が供給され、第2スイッチ47の入力側には第2駆動信号COM2が供給される。また、スイッチ46,47の出力側には、圧電振動子20が接続されている。即ち、第1スイッチ49は、圧電振動子20への第1駆動信号COM1の供給・非供給の切り替えを行い、第2スイッチ50は、圧電振動子20への第2駆動信号COM2の供給・非供給の切り替えを行うように構成されている。そして、このような動作をする第1スイッチ46及び第2スイッチ47は、選択供給手段として機能する。上記のパルス選択データは、スイッチ46,47の作動を制御する。即ち、スイッチ46,47に入力されたパルス選択データが[1]である期間中は、このスイッチ46,47が導通状態になり、駆動信号COM1が圧電振動子20に供給される。一方、スイッチ46,47に入力されたパルス選択データが[0]の期間中は、スイッチ46,47が切断状態となり、圧電振動子20へは駆動信号が供給されない。要するに、パルス選択データとして[1]が設定された期間のパルスが選択的に圧電振動子20に供給される。このようなスイッチ制御により、第1駆動信号COM1又は第2駆動信号COM2に含まれる吐出駆動パルスを圧電振動子20へ印加させることができる。すなわち、駆動信号COMの一部分を、選択的に圧電振動子20へ印加させることができる。この例では、繰り返し周期(記録周期)Tの開始タイミング(ラッチ信号LATのラッチパルスのタイミング)の後のt1〜t5間の境界のタイミング(チェンジ信号CHのチェンジパルスのタイミング)で、圧電振動子20に印加させるパルスを切り替えることができる。
図7は、本実施形態における駆動信号の構成を説明する波形図であり、(a)は第1駆動信号COM1の第1吐出駆動パルスの構成を示し、(b)は第2駆動信号COM2の第2吐出駆動パルスの構成を示している。第1駆動信号COM1に含まれる各第1吐出駆動パルスP11〜P14は、図7(a)に示すように、膨張要素p1と、膨張ホールド要素p2(膨張維持要素)と、収縮要素p3と、制振ホールド要素p4と、制振要素p5とからなる。膨張要素p1は、圧力発生室28の定常容積(膨張又は収縮の基準となる容積)に対応する中間電位VB(基準電位)から膨張電位VHまで一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、膨張ホールド要素p2は、膨張電位VHで一定な波形要素である。収縮要素p3は、膨張電位VHから収縮電位VLまで急勾配で電位を下降させる波形要素であり、制振ホールド要素p4は、収縮電位VLを所定期間維持する波形要素である。また、制振要素p5は収縮電位VLから中間電位VBまで一定勾配で電位を上昇させる波形要素である。
このように構成された第1吐出駆動パルスP11〜P14が圧電振動子20に供給されると、まず、膨張要素p1によって圧電振動子20が収縮することでダイヤフラム部29の島部31が圧力発生室28から離隔する方向に変位し、これにより圧力発生室28が中間電位VBに対応する定常容積から膨張電位VHに対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、メニスカスが圧力発生室28側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室28内にはリザーバー26側からインク供給口27を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室28の膨張状態は、膨張ホールド要素p2の発生期間(Pwh1)に亘って維持される。その後、収縮要素p3が印加されることで圧電振動子20が伸張して島部31が圧力発生室28側に変位する。これにより、圧力発生室28は膨張容積から収縮電位VLに対応する収縮容積まで急激に収縮される。この圧力発生室28の急激な収縮により圧力発生室28内のインクが加圧され、ノズル25から規定量(例えば、数ng〜十数ng)のインクが吐出される。圧力発生室28の収縮状態は、制振ホールド要素p4の供給期間に亘って維持され、この間に、インクの吐出によって減少した圧力発生室28内のインク圧力は、その固有振動によって再び上昇する。この上昇タイミングにあわせて制振要素p5が供給されるように調整されている。この制振要素p5の供給により、圧力発生室28が定常容積まで膨張復帰し、圧力発生室28内のインクの圧力変動(残留振動)が吸収される。
図7(b)に示すように、第2駆動信号COM2に含まれる各第2吐出駆動パルスP21〜P24は、第1駆動信号COM1の第1吐出駆動パルスP11〜P14と同様に、膨張要素p1と、膨張ホールド要素p2と、収縮要素p3と、制振ホールド要素p4と、制振要素p5とから構成されるが、膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1と駆動電圧(最低電位から最高電位までの電位差)が異なっている。そして、本発明における吐出制御手段として機能する制御部6等は、ノズル列内において同時に吐出を行うノズル25の数とノズル列内における位置に応じて、第1駆動信号COM1の第1吐出駆動パルスと第2駆動信号COM2の第2吐出駆動パルスを使い分けている。以下、この点について説明する。
この種のプリンターの製造時においては、所望の吐出特性が得られるように上記各吐出駆動パルスのパラメーターが設定される。ところが、振動子ユニット15の1つ(或いは半数よりも少ない数)の圧電振動子20を駆動してノズルから単独でインクを吐出する場合の吐出特性(吐出されるインクの量やインクの飛翔速度)と、振動子ユニット15の全て(或いは半数以上)の圧電振動子20を同時に駆動して全ノズル(或いは半数以上)からインクを吐出する場合の吐出特性が異なる。
図8は、ノズル列を構成する各ノズル25の吐出特性(インクの飛翔速度)を示す図である。なお、同図において、破線は、各ノズル25の単独で吐出を行った場合における吐出特性を示し、実線のカーブは、全てのノズル25からインクを同時に吐出した場合における各ノズル25の吐出特性を示している。このように、ノズル25単独で吐出を行った場合、ノズル列における位置の違いに拘わらずほぼ一定のインク飛翔速度が得られるのに対し、全てのノズル25からインクを同時に吐出した場合、ノズル列両端に位置するノズル25については、ノズル単独で吐出を行う場合と特性の違いはあまり見られないが、ノズル列中央に位置するノズル25に向かう程インクの飛翔速度が低下し、全体として恰もバスタブの底部のような形状の特性を示すことが判る。このような特性は、ケース16における振動子ユニット15の固定板13を支持する部分の構造上の剛性の弱さに起因している。つまり、振動子ユニット15を収容する収容室同士を区画する仕切壁は、長手方向(ノズル列方向)の両端のみがケース16の本体と繋がっている梁状構造となっているので、同時に駆動する圧電振動子20の数によっては両端を支点として上下に変形し易い構造となっている。このため、ノズル列の全ノズル25(又は半数以上)からインクを吐出させるために対応する圧電振動子20を同時に駆動するとその反力によりケース16(特に仕切壁)が変形することで、上記のようにノズル25の位置によって吐出特性が異なってしまう。
より詳しくは、圧電振動子20の駆動により圧力発生室28内には固有の振動周期Tcの圧力振動が生じるが、この圧力振動の固有周期Tcに上記構造体の変形(柔らかさ)が影響し、変形が生じ難いノズル列端部の圧力発生室28に生じる圧力振動の固有周期Tcよりも、変形が生じ易いノズル列中央部の圧力発生室28に生じる圧力振動の固有周期Tcが大きくなる傾向になる。そして、この固有周期Tcの違いにより上記の吐出特性が変わってくる。
図9は、吐出駆動パルスの膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1を変化させたときのノズルから吐出されるインクの飛翔速度Vmの変化(Pwh1−Vm特性)を示すグラフであり、ノズル列の端部に位置するノズル25のPwh1−Vm特性a(又は、単独で吐出を行う場合の全てのノズルについてのPwh1−Vm特性)と、ノズル列の全ノズルから同時に吐出する場合におけるノズル列中央部に位置するノズル25のPwh1−Vm特性bを示している。これらのPwh1−Vm特性は、膨張要素p1の印加によって圧電振動子20が収縮することで圧力発生室28のインクには固有周期Tcの振動が生じるが、吐出駆動パルスの膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1を変化させると、収縮要素p3を圧電振動子20に印加してインクを吐出するときのメニスカスの状態が変わるため、飛翔速度Vmも固有周期Tcに基づき周期的に変化する。そして、上述したように、そして、同じ波形の吐出駆動パルスでインクを吐出する場合、同じノズル列内でもノズル端部と中央部とでは固有周期Tcが異なるためPwh1によっては吐出特性が異なってしまう。
図9は、吐出駆動パルスの膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1を変化させたときのノズルから吐出されるインクの飛翔速度Vmの変化(Pwh1−Vm特性)を示すグラフであり、ノズル列の端部に位置するノズル25のPwh1−Vm特性a(又は、単独で吐出を行う場合の全てのノズルについてのPwh1−Vm特性)と、ノズル列の全ノズルから同時に吐出する場合におけるノズル列中央部に位置するノズル25のPwh1−Vm特性bを示している。これらのPwh1−Vm特性は、膨張要素p1の印加によって圧電振動子20が収縮することで圧力発生室28のインクには固有周期Tcの振動が生じるが、吐出駆動パルスの膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1を変化させると、収縮要素p3を圧電振動子20に印加してインクを吐出するときのメニスカスの状態が変わるため、飛翔速度Vmも固有周期Tcに基づき周期的に変化する。そして、上述したように、そして、同じ波形の吐出駆動パルスでインクを吐出する場合、同じノズル列内でもノズル端部と中央部とでは固有周期Tcが異なるためPwh1によっては吐出特性が異なってしまう。
ここで、図10は、記録ヘッド8の特性を等価電気回路に置き換えた模式図である。同図において、M〔kg/m4〕はイナータンス、C〔m5/N〕は音響容量(コンプライアンス)、R〔Ns/m5〕は音響抵抗を示している。また、これらに関する添字dは圧電振動子20とこれが接合される振動板24を含む振動子系、添字cは圧力発生室系、添字sはインク供給口系、添字nはノズル系をそれぞれ意味している。この回路においてCst(x)は、上記のケースの剛性に係る等価音響容量であり、xはノズル列内のノズルの位置を示す添え字である。また、振動子系のP〔Pa〕は、外部より加えられる圧力で、吐出駆動パルスを圧電振動子20を駆動したときに生じる圧力を等価圧力に変換したものである。この等価電気回路を記録ヘッド8のインクの吐出で重要となる回路に分解して、圧力発生室系とノズル系とインク供給口系から成る部分を示すと図11に示す等価電気回路となる。この回路で、圧力発生室の音響容量Ccにケース剛性に係る音響容量Cst(x)が加えられている。そして、この等価回路に基づくと、圧力発生室28内のインクに生じる固有周期Tcは、以下の式(1)で表される。
図9の例において、特性aにおけるインクの飛翔速度Vmaと、特性bにおけるインクの飛翔速度Vmbについては、以下の式(2)、(3)で表される。なお、いずれも同一の吐出駆動パルスを用いてインクを吐出したときの特性を示している。また、特性aにおける固有周期をTca、特性bにおける固有周期をTcbとすると、ωa=1/Tca、ωb=1/Tcbである。さらに、Daは、単独で吐出を行う場合におけるケース変形に基づく振動の直流成分、Dbは、ノズル列の全ノズルから同時に吐出する場合におけるケース変形に基づく振動の直流成分である。
Vma=Ae−γ・pwh1sin(ωa・pwh1+φ)+Da …(2)
Vmb=Ae−γ・pwh1sin(ωb・pwh1+φ)+Db …(3)
従来では、上記のような特性差が生じた場合、吐出駆動パルスの駆動電圧Vdを補正することで対応していた。しかしながら、この方法では、直流成分の違いが補正されるので、インクの吐出量は揃うものの、インクの飛翔速度は依然として異なる問題があった。
Vma=Ae−γ・pwh1sin(ωa・pwh1+φ)+Da …(2)
Vmb=Ae−γ・pwh1sin(ωb・pwh1+φ)+Db …(3)
従来では、上記のような特性差が生じた場合、吐出駆動パルスの駆動電圧Vdを補正することで対応していた。しかしながら、この方法では、直流成分の違いが補正されるので、インクの吐出量は揃うものの、インクの飛翔速度は依然として異なる問題があった。
そこで、本発明に係るプリンターでは、1つのノズル25から単独でインクの吐出を行う場合の固有周期Tcaに応じて膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1を設定した第1吐出駆動パルス(P11〜P14)と、ノズル列の全ノズル25から同時に吐出する場合における中央部に位置するノズル25における固有周期Tcbに応じて膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1を設定した吐出駆動パルス(P21〜P24)を用意し、これらを使い分けるようにしている。具体的には、図8に示すように、ノズル列を構成する各ノズル25を、ノズル群の一端から所定数(例えば、十数個〜数十個)までを一端部ノズル群(Ns1)、他端から所定数までを他端部ノズル群(Ns2)、一端部ノズル群と他端部ノズル群との間のノズル群を中間ノズル群(Nc)として区分し、ノズル列内で同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値(例えば、半数)以下の場合、吐出ノズルに対応する圧電振動子20を第1駆動信号COM1の第1吐出駆動パルス(P11〜P14)を用いて駆動し、ノズル列のうち同時に吐出を行うノズル数が閾値を超えた場合、端部ノズル群Ns1,Ns2に属する吐出ノズルに対応する圧電振動子20を第1駆動信号COM1の第1吐出駆動パルス(P11〜P14)を用いて駆動する一方、中央部ノズル群Ncに属する吐出ノズルに対応する圧電振動子20を第1駆動信号COM1の第1吐出駆動パルス(P11〜P14)を用いて駆動する。第1吐出駆動パルスと第2吐出駆動パルスの設定処理は以下のようにして行う。なお、閾値は任意に設定することができる。
図12は、吐出駆動パルス設定処理の流れを説明するフローチャートである。本実施形態における吐出駆動パルス設定処理は、Tc測定工程S1と、Pwh1設定工程S2(膨張維持要素設定工程)と、Vd設定工程S3(駆動電圧設定工程)と、の3つの工程から成る。Tc測定工程S1では、端部ノズル群Ns1,Ns2と、中央ノズル群Ncとで、それぞれTc(Tca,Tcb)を測定する。Tcの測定方法としては、膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1を所定範囲で変化させつつ、当該吐出駆動パルスでインクを吐出したときのインクの飛翔速度Vmやインク重量Iwを測定して、その変化を観察し、変化カーブの隣り合う極大値同士或いは極小値同士の間隔をTcとして取得する方法等、既存の技術を用いることができる。
Pwh1設定工程S2では、Tc測定工程S1で測定された固有周期Tcaに基づき、第1吐出駆動パルス(P11〜P14)の膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1を設定する一方、Tc測定工程S1で測定された固有周期Tcbに基づき、第2吐出駆動パルス(P21〜P24)の膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1を設定する。例えば、第1吐出駆動パルスのPwh1については、測定されたTca、設計上基準とする固有周期である基準TcD、及び、当該基準TcDに基づいて目標とする吐出特性が得られるように設定された膨張ホールド要素p2の基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(4)を満たす値に設定する。
TcD×Pwh1=Tca×Pwh1D …(4)
これを変形すると、以下の式(5)のようになる。
Pwh1=Pwh1D×Tca/TcD …(5)
同様に、第2吐出駆動パルスのPwh1は、測定されたTcb、基準TcD、及び、基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(6)を満たすように設定する。
TcD×Pwh1=Tcb×Pwh1D …(6)
これを変形すると、以下の式(7)のようになる。
Pwh1=Pwh1D×Tcb/TcD …(7)
つまり、基準TcDに対する測定固有周期Tcの比と、基準時間幅Pwh1Dに対する膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1との比とが等しくなるようなPwh1に設定すれば良い。このように設定すると、Tcの違いによる飛翔速度を揃えることができる。
TcD×Pwh1=Tca×Pwh1D …(4)
これを変形すると、以下の式(5)のようになる。
Pwh1=Pwh1D×Tca/TcD …(5)
同様に、第2吐出駆動パルスのPwh1は、測定されたTcb、基準TcD、及び、基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(6)を満たすように設定する。
TcD×Pwh1=Tcb×Pwh1D …(6)
これを変形すると、以下の式(7)のようになる。
Pwh1=Pwh1D×Tcb/TcD …(7)
つまり、基準TcDに対する測定固有周期Tcの比と、基準時間幅Pwh1Dに対する膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1との比とが等しくなるようなPwh1に設定すれば良い。このように設定すると、Tcの違いによる飛翔速度を揃えることができる。
Pwh1の設定を行ったならば、続いて、Vd設定工程S3を行う。この工程では、Pwh1設定工程S2で膨張ホールド要素p2の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスの駆動電圧の適正値の設定を行う。具体的には、第1吐出駆動パルスについては、当該第1吐出駆動パルスで1つの圧電振動子20を駆動してインクを吐出したときのインクの重量が目標値(設計値)となるような駆動電圧Vdに設定する。同様に第2吐出駆動パルスについては、当該第2吐出駆動パルスで振動子ユニット15の全ての圧電振動子20を駆動してインクを同時吐出したときの中央部ノズルから吐出されるインクの重量が目標値(設計値)となるような駆動電圧Vdに設定する。その結果、第2吐出駆動パルスの駆動電圧Vdは、固有周期Tcaの振動において、吐出駆動パルスの収縮要素が圧電振動子20に印加される時点の振幅の大きさに対する、固有周期Tcbの振動において収縮要素が圧電振動子20に印加される時点の振幅の大きさの割合に応じて、第1吐出駆動パルスの駆動電圧Vdに対して補正されることになる。この補正は、上記式(2)、(3)における直流成分Da,Dbを揃える補正である。駆動電圧の設定方法については、従来と同様の方法を用いることができる。
そして、ノズル列のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧電振動子20を上記のように設定された第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が閾値を超えた場合、両端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧電振動子20を第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧電振動子20を第2吐出駆動パルスを用いて駆動することで、同時に吐出するノズル数やノズル列における位置によらず、各ノズル25の吐出特性を目標値に近づけることができ、吐出特性のばらつきを低減することができる。
図13は、ノズル列の全ノズルからインクを同時に吐出したときの両端部ノズル群と中央部ノズル群のインク飛翔速度差を示すグラフであり、(a)は全てのノズルに対して同一波形の吐出駆動パルスを用いた場合を示し、(b)は上記のような吐出駆動パルスの使い分けをした場合を示している。同図(b)に示すように、上記したような吐出駆動パルスの使い分けを行った場合、飛翔速度の差を図7の同一波形の吐出駆動パルスを用いた場合と比べて0に近づけることができる。
なお、上記実施形態で記載した、固有周期Tcに応じてPwh1を設定する処理は、プリンターの製造時に行っても良いし、製造後のプリンター使用時に行っても良いし、プリンターのメンテナンス時に再設定として行っても良い。
また、中央部ノズル群と、端部ノズル群の区分(どの範囲を中央部、どの範囲を端部とするか)については記録ヘッド8の構造等に応じて任意に設定できる。
また、中央部ノズル群と、端部ノズル群の区分(どの範囲を中央部、どの範囲を端部とするか)については記録ヘッド8の構造等に応じて任意に設定できる。
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
例えば、吐出駆動パルスの波形構成に関し、上記実施形態で例示したものには限られず、本発明は、種々の構成の吐出駆動パルスに対して適用することができる。要は、圧力発生室を膨張させる膨張要素と、膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張された圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、を少なくとも有する吐出駆動パルスであればよい。
なお、本発明は、駆動信号(吐出駆動パルス)を用いて液体の吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。
1…プリンターコントローラー,2…プリントエンジン,6…制御部,8…記録ヘッド,9…駆動信号発生回路,15…振動子ユニット,20…圧電振動子,25…ノズル,28…圧力発生室
Claims (3)
- 液体を吐出するノズルを複数列設して成るノズル群及びノズルに連通する圧力発生室を含む一連の液体流路を有する流路ユニット、前記圧力発生室の容積を変動させる圧力発生素子を各圧力発生室に対応して複数有するアクチュエーターユニット、及び、前記流路ユニットと前記アクチュエーターユニットが固定されるケースを有する液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させるための吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記吐出駆動パルスの前記圧力発生素子への印加を制御して液体吐出ヘッドの液体吐出動作を制御する吐出制御手段と、
を備えた液体吐出装置であって、
前記ノズル群は、ノズル群の一端から所定数までを一端部ノズル群、他端から所定数までを他端部ノズル群、一端部ノズル群と他端部ノズル群との間のノズル群を中間ノズル群として区分され、
前記駆動信号発生手段は、第1吐出駆動パルスを含む第1駆動信号と、前記第1吐出駆動パルスとは異なる第2吐出駆動パルスを含む第2駆動信号とを発生し、
前記第1吐出駆動パルス及び前記第2吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させる膨張要素と、膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張された圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、を少なくとも有し、
前記第1吐出駆動パルスは、ノズル単体で液体を吐出させるときに当該ノズルに対応する圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tca、設計上基準とする固有周期である基準TcD、及び、当該基準TcDに基づいて設定された膨張維持要素の基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(A)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tca×Pwh1D …(A)
前記第2吐出駆動パルスは、ノズル群を構成する全てのノズルから同時に液体を吐出させるときに中央部ノズル群の圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tcb、前記基準TcD、及び、前記基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(B)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tcb×Pwh1D …(B)
前記吐出制御手段は、前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が前記閾値を超えた場合、前記端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、前記中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第2吐出駆動パルスを用いて駆動することを特徴とする液体吐出装置。 - 前記第2吐出駆動パルスの最低電位から最高電位までの電位差は、前記固有周期Tcaの振動における前記収縮要素が圧力発生素子に印加される時点の振幅に対する、前記固有周期Tcbにおける前記収縮要素が圧力発生素子に印加される時点の振幅の割合に応じて、前記第1吐出駆動パルスの最低電位から最高電位までの電位差に対して補正されたことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
- 液体を吐出するノズルを複数列設して成るノズル群及びノズルに連通する圧力発生室を含む一連の液体流路を有する流路ユニット、前記圧力発生室の容積を変動させる圧力発生素子を各圧力発生室に対応して複数有するアクチュエーターユニット、及び、前記流路ユニットと前記アクチュエーターユニットが固定されるケースを有する液体吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させるための吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記吐出駆動パルスの前記圧力発生素子への印加を制御して液体吐出ヘッドの液体吐出動作を制御する吐出制御手段と、を備えた液体吐出装置の制御方法であって、
前記ノズル群は、ノズル群の一端から所定数までを一端部ノズル群、他端から所定数までを他端部ノズル群、一端部ノズル群と他端部ノズル群との間のノズル群を中間ノズル群として区分され、
第1駆動信号には、第1吐出駆動パルスを含ませる一方、第2駆動信号には、前記第1吐出駆動パルスとは異なる第2吐出駆動パルスを含ませ、
前記第1吐出駆動パルス及び前記第2吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させる膨張要素と、膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張された圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、を少なくとも有し、
前記第1吐出駆動パルスは、ノズル単体で液体を吐出させるときに当該ノズルに対応する圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tca、設計上基準とする固有周期である基準TcD、及び、当該基準TcDに基づいて設定された膨張維持要素の基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(A)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tca×Pwh1D …(A)
前記第2吐出駆動パルスは、ノズル群を構成する全てのノズルから同時に液体を吐出させるときに中央部ノズル群の圧力発生室内の液体に生じる固有周期Tcb、前記基準TcD、及び、前記基準時間幅Pwh1Dに基づき、以下の式(B)を満たすように前記膨張維持要素の時間幅Pwh1が設定された吐出駆動パルスであり、
TcD×Pwh1=Tcb×Pwh1D …(B)
前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が予め定められた閾値以下の場合、当該吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動し、前記ノズル群のうち同時に吐出を行うノズル数が前記閾値を超えた場合、前記端部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第1吐出駆動パルスを用いて駆動する一方、前記中央部ノズル群に属する吐出ノズルに対応する圧力発生素子を前記第2吐出駆動パルスを用いて駆動することを特徴とする液体吐出装置の制御方法。
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JP2009037932A JP2010188695A (ja) | 2009-02-20 | 2009-02-20 | 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 |
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---|---|---|---|---|
CN102442065A (zh) * | 2010-10-08 | 2012-05-09 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷射装置及其控制方法 |
JP2013000886A (ja) * | 2011-06-10 | 2013-01-07 | Ricoh Co Ltd | 滴吐出装置およびそれを備えた画像形成装置 |
JP2015066772A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出装置、ヘッドユニットおよび液体吐出方法 |
-
2009
- 2009-02-20 JP JP2009037932A patent/JP2010188695A/ja active Pending
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